本书系统介绍了边坡工程的概念、稳定性分析方法、工程处治措施及其设计计算方法、稳定性监测等内容，全书分为 10 章，包括边坡工程与地质灾害、边坡稳定性影响因素、边坡工程设计与分析方法、边坡稳定性极限平衡条分法、结构面控制型边坡稳定性分析方法、边坡稳定性分析图解法、边坡稳定性数值分析方法、岩土体力学参数确定、边坡防护与加固、边坡工程稳定性监测技术等。

1.边坡工程地质灾害

本章主要介绍边坡工程的基础知识与概念，详细讲述边坡与 滑坡的概念与分类，边坡变形破坏的演化过程与类别特征，总结近年来国内外发生的典型边坡地质灾害以及我国目前边坡灾害概况与防治现状。

1.1 基本概念

①.边坡和滑坡的区别

定义：

首先从定义上说，边坡指的是“倾斜的地面”，也可以称之为斜坡，而滑坡则指的是“边坡岩土体沿下坡方向滑动的现象及其诱发的地貌特征改变”。从这里可以看出来，边坡包括滑坡，滑坡是边坡不稳定状态的表现。

边坡和滑坡都以属于斜坡，都是岩土体具有一定临空面的表现形式，最具有降低自身能量的需求，最终都会在不同的时间段后发生湮灭。边坡发生变形达到一定规模时，可称之为工程滑坡，即边坡问题可以向滑坡问题转化。尤其是高边坡的变形，往往伴随着滑坡的发生。

差异性

a.潜在滑面或滑面：

边坡发生变形或产生变形趋势时所依附的“面、带”，可以为均质或类均质土体中的最大剪应力面，即同生面，也就是常说的滑面搜索法。这种潜在滑面可能为多个，形状也可能为圆弧或者是直线，工程中常把稳定性最低的一个潜在滑面作为边坡的控制性潜在滑面。

滑坡的变形往往依附特定或固定的滑面或滑带，滑坡的滑面更多的是依据一定质条件下的结构面配套而进行的人工勾绘形成，较少采用软件进行搜索。

b.规模大小

边坡变形的规模一般情况相对较小，工程上一般会将变形体积小于0.3万方的斜坡变形归入边坡病害，如滑塌、垮塌、小型崩塌等病害或人类开挖或填筑边坡的某一级发生的病害。

滑坡的变形规模一般情况下相对较大，往往造成大的地貌单元发生改变。工程上一般会将变形体积大于0.3万方以上的斜坡变形归入滑坡病害。如公路上一般将0.3～10万方的滑坡称为小型滑坡，10～30万方的滑坡称为中型滑坡，30～100万方的滑坡称为大型滑坡，超过100万方的称为巨型滑坡（内容参考自公众号悠游2019和本书）。

②边坡变形和边坡破坏

边坡破坏系指边坡岩土体中已经形成贯通性破坏面时的变形；

而在贯通性破坏面形成之前，边坡岩土体的变形与局部破裂，称为边坡变形。

2.边坡稳定性影响因素

影响边坡稳定的因素多且繁杂，可简单归纳为内部因素和外部因素。

内部因素主要包括岩土体性质、岩土体结构、地质构造及地应力等；

外部因素主要有水、振动、边坡形状及表面形态等。

其中，内部因素是影响边坡稳定的最根本因素，决定了边坡变形失稳模式和规模，对边坡稳定起控制作用；

外部因素则通过内部因素对边坡起破坏作用，从而引起边坡失稳破坏。边坡失稳往往是多个因素共同作用的结果，因而在对边坡稳定性进行评价时，应特别注意区分各因素在边坡稳定中所起的作用，重点考察和分析起主导作用的影响因素。

2.1 岩土体性质

边坡岩土体的性质，是决定边坡抗滑力的根本因素。所谓岩土体性质，是指岩石和土体的物理、化学、力学及水理性质等。边坡失稳主要表现为剪切破坏，因而岩土体的抗剪强度是衡量边坡稳定的重要参数。所以要对岩土体进行分组，注意是工程地质岩体组，不是按照年代或者岩性进行单一分组。

主要是从岩体结构观点出发，即以岩性和原生结构面的性质及其分布规律等为标志进行划分的。《岩土工程勘察规范》，第三章勘察分级和岩土分级

2.2 地质构造

地质构造的形态、产状及规模等，对边坡尤其是岩质边坡稳定性的影响十分显著。因此对于地质构造中的结构面，特别是统计的Ⅳ、Ⅴ级结构面，一般使用赤平投影去分析，如dips：

https://www.xcbtmw.com/29604.html

断层对于边坡稳定性影响有两方面：一方面降低了边坡岩体的整体强度，使得边坡岩体破碎，还夹杂断层泥（参照2.4）；另一方面是增大了岩石的透水性和含水性，断层破碎带往往是地下水通道，断层露头往往是地下水出露地段。

2.3 地应力

地应力是指天然状况下地壳中的应力状态 。与人类活动引起的应力变化相比，地应力又称为初始应力或原始应力。

对边坡而言，一般情况下水平应力、近夺平底力大于竖直应力，较高的水平应力易使边坡中的岩层向临空面产生层间滑动，尤其春在结构面渗水及软弱夹层时，层间错动较为明显。

2.4 岩体结构

不同类型的结构面和结构体在岩体内的组合、排列形式称为岩体结构，包括整体结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构和散体状结构等类型。

2.4.1 粗糙度和起伏度

结构面起伏不平的程度，常用起伏度和粗糙度来表征，其中规模较大的称为起伏度，规模较小的称为粗糙度。粗糙度所表征的起伏不平，在岩体滑动的剪切过程中会被剪切掉，从而增大了结构面的抗剪强度，提高了结构面的抗剪能力。

2.4.2 结构面的结合程度和充填状况

当结构面是闭合的时候，抗剪强度主要取决于结构面的岩性、硬度以及起伏度和粗糙度等；

当结构面张开，且被不连续充填物，如岩粉，岩屑，甚至充水充气等，结构面的抗剪强度完全丧失或者显著降低；

结构面被连续充填物充填，抗剪强度取决于充填物的厚度和起伏度，如厚度大于起伏度，则抗剪强度直接计算充填物的，如厚度小于起伏度，则二者结合考虑

2.5 水的作用

主要表现是：处于地下水浸润线下的透水边坡岩土体将承受水的浮托力，而不透水的边坡岩土体坡面将承受静水压力，充水的张裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗透流动将对边坡岩土体产生动水压力。

所以在使用前面的phase、slide等软件计算降雨工况下边坡稳定性的，都要充分考虑降雨的作用，是通过强度折减，还是提高地下水浸润线。

降雨作用对土质边坡影响大，主要体现在侵蚀作用。对于岩质边坡，风化程度较强时，也会造成风化层剥离基岩，出现滑坡或者崩塌。

2.6 地震作用

地震的横波在地表引起周期性左右晃动，纵波引起上下颠簸。

对于层状边坡而言，顺层边坡、反倾边坡较容易失稳，而当边坡倾向与岩层倾向垂直时，斜坡具有较好的抗震性能

2.7 边坡形状

首先肯定是边坡的坡度，其次主要是边坡和结构面的组合，就是2.2节的内容。

2.8 其他因素

这里其实很多，需要注意的就是爆破和施工了，所以在计算边坡稳定性的时候，都需要考虑开挖工况下边坡的稳定性

3.边坡工程设计与分析方法

边坡稳定性的设计计算方法或指标表示有以下几种：
(1) 安全系数F。通过对边坡进行极限平衡分析，将边坡稳定性量化，若b > 1, 则边坡稳定（稳定性系数取值参考滑坡工程勘察规范）
(2) 应变。不稳定边坡定义为边坡发生足够大的应变且影响生产安全，或滑体位移速度大于规定值 (如露天矿开采速度)。
(3) 失稳概率。通过抗滑力与下滑力概率分布的差异，将边坡稳定性量化（dips中可以给出发生某种破坏的概率）。
(4) 荷载抗力系数设计法。稳定边坡定义为抵抗力与其对应的分项系数的乘积大于或等于荷载与其对应的分项系数的乘积之和。

3.4 边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析分为定性和定量分析两阶段进行：

3.4.1 定性分析：

工程地质类比法、坡率法、图解法（赤平投影分析）、地质分析法 (历史成因分析、过程机制分析) 及RMR-SMR-CSMR评价法（根据《水电工程边坡工程地质勘察规程》（NB/T 10513-2021））、Lidar（主要看去植被后边坡有没有变形的迹象，当边坡失稳的时候，坡顶可能会发育张拉裂缝，坡角则有挤压剪切裂隙，软弱结构层处则会发育剪切破碎带）、Insar（分析近几年边坡的变形速率）

3.4.2 定量分析：

对定性阶段分析认为是不稳定的或不满足设计安全系数要求的边坡进行详勘，主要方法有：极限平衡法（slide2）、数值模拟法（基于极限平衡）、有限元法（phase），其实这个最终还是依靠人为的判断。

①极限平衡法

将滑动体视为刚体，根据滑动体各岩土体分块受到破坏时静力平衡进行分析，在明确边坡应力及抗滑力的基础上，确定两者间的关系，借助力学平衡原理进行计算。通常采用安全系数来判断边坡的稳定性 。局限性是 需要假设边坡中存在滑动面；无法考虑支护结构与岩体两者之间的相互作用；边坡及支护结构的位移变化不能计算出来

滑动面的计算方法：包括圆弧滑动法（主要用于土质边坡分析）、平面滑动法、折线滑动法

常用的极限平衡法：瑞典圆弧法（滑面为圆弧）、简化毕-肖普（圆弧）

②有限元法

通过应力应变的角度分析坡体的变形破坏机制，进而分析出坡体发生破坏的可能性及破坏部位。基于有限元的强度折减法通过不断增加折减系数，直至坡体达到临界破坏时得到的折减系数则为稳定安全系数。

优势避免了极限平衡法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点。有限元强度折减法除了具有有限元的一切优点外， 还有求解安全系数时，不需要假定滑裂面的形状(可以为曲面、不规则面)和位置；能够考虑开挖过程对边坡稳定性的影响；能够模拟坡体和支护结构的共同作用

4. 边坡稳定性极限平衡条分法

4.1 常用极限平衡法

传统条分法有十几种,它们之间的区别在于对条块间作用力假设与所需满足的平衡条件,即对条间力所作的不同假设形成了各种条分法。

瑞典圆弧法：圆弧滑面， 误差较大，但偏于工程安全，因此使用广泛。 但是该方法在边坡比较平缓或存在较高孔隙水压力条件下，根据公式计算出的安全系数误差较大，甚至超出允许的误差范围，此情况下应选择其他方法进行计算。 

简化 Bishop 法 ：圆弧滑面， 计算过程相对简单，应用比较广泛 。

简布法（Janbu 法） ：Janbu法适用于任意形状的滑裂面，且边坡上可作用任意荷载。

楔体法：楔体法指由左、右两个结构面切割而成的滑体的稳定计算方法。其核心思想是利用极限平衡原理求解楔形体的稳定，假定构成楔体的两个底滑面上的剪力均平行于该两平面的交线。

三维极限平衡法：一些学者基于极限平衡理论，推导了三维边坡稳定性计算分析方法，如Hovland法、Leshchin-sky法以及块体理论。笔者通过多个边坡稳定性分析中使用极限平衡方法的计算结果，得到以下两点个人的经验：

1)一般来说，对黏聚力为零或很小的软黏土，滑裂面底部的正应力对有效抗剪强度影响较小，用 Fellenius法求出的安全系数比其他方法更为保守；当黏聚力较大时，用此法求得的安全系数偏低，而用其他的方法求得的则较为合理。

2)一般认为，简化Bishop法边坡稳定分析算出的安全系数较瑞典法高。对于圆弧滑动的假定来说，简化Bishop法计算结果和公认的普遍极限平衡法，如Morgenstern-Price法计算结果是基本一致的。

4.2 极限平衡法的优缺点

极限平衡法的优点有：①计算简单，参数可由室内外实验结合工程经验确定或者由设计规范确定；②安全系数可通过工程类比来验证。

极限平衡法的缺点有：①不能计算边坡中岩体的变形，而在某些情况下，变形的计算是很重要的(如拱坝坝肩，山体中开挖的船闸边坡等)；②当滑动面由两个及两个以上平面组成时，滑动面上的反力为超静定，此时必须对反力的方向或大小进行假定，有可能引入较大的计算误差；仅能对滑动破坏进行评价，对崩塌和蠕动等变形破坏的边坡尚缺少相对成熟的分析方法。

4.3 极限平衡法中强度参数的选取

这个是在slide软件中必须进行的一步，参考：https://www.xcbtmw.com/29636.html#h42

5.结构面控制型边坡稳定性分析方法

组成边坡的岩土体都具有一定的抗剪能力，而当边坡某个面上的滑动力超过了抗滑力，则边坡将发生失稳破坏。当边坡内部存在软弱面（结构面）时，由于结构面强度通常远小于岩土体的强度，因此边坡发生失稳破坏时常沿结构面进行。

对于单一/两组以上的结构面控制，只要这些结构面近平行或大致相同，形成的滑动面走向与边坡坡向近平行，即可按照平面滑动进行分析；

否则边坡滑体应该按空间滑动处理，如楔形体破坏

5.1 常见平面滑动分析

5.1.1 单平面滑动

• 单平面滑动（存在边界限制）
• 单平面滑动（无边界限制）
• 顶部有无拉张裂缝的单平面滑动（顶部存在拉张裂缝会使得边坡岩土体充水，一方面产生侧向水压力，另一方面严重降低岩土体强度）

5.1.2 双平面滑动

这里和楔形体破坏的区别就是两个平面的走向与边坡关系，双平面为近平行，楔形体为相交

• 滑体内无结构面：滑体完整，可考虑为刚体滑动变形
• 滑体内存在结构面：需进行分割，不是完整刚体滑动

5.1.3 折线形滑动

天然边坡的失稳一般是沿坡体内的弱面 (结构面，一组或者几组的组合) 滑动，其滑动面往往不规则 ，这种情况就可以将结构面简化为折线形

5.2 倾倒破坏分析

• 常见于反向层状结构边坡岩体中。当岩体中存在一组陡倾结构面，且其走向与边坡走向近似一致时，由该组结构面切割形成的岩柱有可能发生弯曲，边坡产生倾倒破坏。根据倾倒破坏的过程， 可分为以下几种：
• 弯曲式倾倒：与边坡走向相反，且结构面产状较陡，裂隙下窄上宽
• 岩块式倾倒：这个也有陡倾角结构面的发育，但同时还发育近水平或缓倾斜的结构面，二者共同组成了折线形滑动面，表现为阶梯状（这个叫做多米诺式倾倒更方便理解）
• 弯曲+岩块复合
• 次生倾倒：自然风化+人类活动

5.3 楔形破坏分析

楔形体由两个或两个以上结构面对岩体切割而成，分离的楔形体将沿结构面交线方向滑动，即楔形滑动,滑动条件为：

• 两组结构面的交线在坡面出露；
• 结构面的倾向与坡面倾向相同；
• 结构面的交线倾角大于结构面内摩擦角

关于倾倒和楔形破坏分析都可以用dips软件：https://www.xcbtmw.com/29504.html

6.边坡稳定性分析图解

本章主要介绍赤平极射投影在岩质边坡分析中的应用，重点讲述赤平极射投 影的原理、读图绘图方法以及边坡结构面基本类型、破坏方式等

这章其实在dips7.0原理分析中提到了：https://www.xcbtmw.com/29604.html

极射点：投影球上下两极的发射点（from top or bottom）

6.1 边坡结构面的基本类型

岩质边坡稳定性的影响因素主要有：结构面的物理力学性质及其空间分布位置关系、结构体的物理力学性质（岩体力学参数）和岩体所受应力方向及其大小（第二章，边坡稳定性影响因素）

岩体结构从边坡稳定性角度出发，可以分为以下几种

6.1.1 网状结构边坡

结构面发育特征：发育密集，产状混乱且不规则，结构面多为张开裂隙，充填黏土碎屑。

形成原因：原生/构造节理基础上，被风化等外营力量作用下改造形成

适用范围和滑动面：类似土质边坡（结构体破碎，胶结程度低），滑动面呈圆弧形

结构面对该边坡变形破坏不起控制作用，稳定性评价采用土质边坡

6.1.2 层状结构边坡

结构面特征：相互平行发育，结构体表现为层状，以沉积岩最为典型

破坏模式：结构面连续性强，往往会因为软弱夹层发生滑动破坏

该类边坡的稳定性主要取决于结构面的产状及其抗剪强度

6.1.3 块状结构边坡

结构面成因：两种，一种是原生的（岩浆岩，分布均匀），一种是构造的（岩体受构造作用，发生变形破裂，产状也具有规律性）

边坡的变形破坏也明显受结构面控制，表现为由结构面和临空面围成的结构体沿某一结构面滑动，或同时沿某两个甚至多个结构面滑动

6.2 边坡滑动方向分析

对于单结构面或层状结构边坡，结构面的倾向方向即为其潜在滑动方向（重力势能）

边坡被两个相交的结构面切割时，构成的潜在滑移体多数是楔形体，它们在重力作用下的滑动方向，一般由两个结构面倾向线和交线倾向线方向确定

当三者互不重合的时候，一般滑动方向为中间的一条线（图a的OI+图c的OA）

当三者中有两条线重合时，滑动方向为重合线（图b的OB）

7.边坡稳定性数值分析方法

适用性说明： 虽然刚体极限平衡法为评价边坡稳定性的主要方法，但该理论未能充分考虑边坡岩土体自身的应力-应变关系，所求岩土体条块之间的内力或岩土体条块底部的反力均不能代表边坡的实际工况。因此，极限平衡法所得结果并不能完全适用于实际工程情况，为更好完成边坡稳定性分析工作，数值分析方法不失为一种有效的计算手段。

本章主要内容为：有限单元法（ANSYS、ABAQUS）和有限差分法（FLAC）计算分析的基本原理和过程

7.1 有限单元法

有限单元法是将边坡体离散成有限个单元体，或理解为用有限个单元体所构成的离散化结构代替原有连续体结构，通过分析单元体应力和应变来评价整个边坡稳定性的方法 。

分析过程：结构离散化——位移函数选择——建立单元应力和位移关系——建立单元上节点力和节点位移关系——建立整体平衡方程——求解未知节点位移和单元应力

7.1.1 有限元强度折减法

优点如下：

• (1) 求解安全系数时，不需要假定滑动面的形状和位置，也无需进行条分，自动计算潜在滑动面，滑动破坏自然地发生在岩土体剪切带位置、塑性应变和位移突变的区域。
• (2) 能够模拟岩土体与各种支挡结构的共同作用，可考虑开挖施工过程对边坡稳定性的影响，并能根据岩土介质与支挡结构的共同作用计算各种支挡结构的内力、边坡的新滑面及其安全系数。
• (3) 能够对具有复杂地貌、地质条件的边坡进行计算，不受边坡几何形状、边界条件和材料不均匀性等条件的限制
• (4) 能够模拟边坡渐进破坏过程，并提供应力、应变和位移等信息及其变化

失稳状态判别依据有：数值计算不收敛、坡面位移突变和塑性区贯通

7.2  有限差分法

快速拉格朗日法： 岩土介质是一种被众多节理裂隙等弱面切割的地质体，其力学问题往往涉及非线性大变形问题，有限元法和边界元法均无法求解，只能借助于拉格朗日法。

拉格朗日法是一种分析非线性大变形问题的数值方法，其依然遵循连续介质假设，利用差分格式，按时步积分求解，随着构形变化不断更新坐标，允许介质有较大变形。

7.3 FLAC 3D

这个软件老白暂时还不了解，后面学习之后，单独写一篇学习笔记把